5.6. Преобразователи уровней напряжения и тока

Преобразователи уровней используются для согласования входных и выходных сигналов по напряжению и току при использовании в одном устройстве ТТЛ и КМОП ИС. Преобразование уровней напряжения требуется также в устройствах, построенных на КМОП ИС, если в нескольких частях устройства используется разное напряжение питания.

Передаточные характеристики.

Зависимость выходного напряжения от входного называется передаточной характеристикой ЛЭ. Типовая передаточная характеристика нена-груженного ТТЛ ЛЭ показана на рис. 5.67,а. Описывается она следующими значениями параметров:

— уровень логического 0 входного напряжения,

— уровень логической 1 входного напряжения,

— уровень логического 0 выходного напряжения,

— уровень логической 1 выходного напряжения,

— пороговое напряжение переключения.

Рис. 5.67

Такие значения основных параметров имеют ИС всех ТТЛ-серий изготавливаемых по разным технологиям (небольшие различия имеются лишь в значении параметра -Передаточные характеристики ненагруженных КМОП ЛЭ серий при напряжениях питания и 15 В показаны на рис. 5.67,б. Описываются они следующими значениями параметров:

уровень логического 0 входного напряжения,

уровень логической 1 входного напряжения,

уровень логического 0 выходного напряжения,

уровень логической 1 выходного напряжения,

пороговое напряжение переключения. Сравнение уровней входных и выходных сигналов ТТЛ и КМОП ИС наглядно представлено с помощью диаграмм на рис. 5.68 при значении Из этих диаграмм видна несогласованность уровней логических 1 выходных сигналов ТТЛ ИС и входных сигналов КМОП ИС. Согласование этих уровней напряжения при управлении КМОП ИС от ТТЛ ИС было рассмотрено в В используются ЛЭ с открытым коллекторным выходом, выходные каскады которых выполнены на высоковольтных транзисторах).

Преобразователи уровней напряжения.

Большинство КМОП ИС серий имеют малые выходные токи — выходы не могут быть нагружены даже на один вход ТТЛ ИС серии 155. Для согласования уровней напряжений и токов при управлении ТТЛ ИС от КМОП ИС выпускаются два показанные на рис. 5.69. Эти ЛЭ имеют входные цепи (рис. 5.70,а), отличающиеся от входных цепей всех остальных КМОП ЛЭ (рис. Диоды во входных цепях служат для защиты от электростатического напряжения. Так как во входных цепях отсутствуют диоды защиты, подключенные к источнику питания то на их входы можно подавать В при т. е. эти ЛЭ можно использовать в качестве понижающих преобразователей уровней напряжения, что обеспечивает согласование уровней напряжений при управлении ТТЛ ИС от КМОП ИС. Выходные же токи этих при при В) обеспечивают высокую нагрузочную способность, достаточную для подключения к их выходам нескольких входов ТТЛ ИС.

Для согласования КМОП ИС с ТТЛ ИС только по току могут использоваться (рис. 5.70,в), имеющие выходной каскад с открытым стоком, который обеспечивает выходной ток достаточный для подключения 20 входов ИС серии 155. Резисторы, подключенные к выходам ЛЭ ( гарантируют ток для 20 входов ИС серии 155.

Быстродействие КМОП ИС существенно зависит от величины напряжения питания Например, -триггер может работать на частоте тактового сигнала при при при Поэтому в высокочастотных узлах КМОП-устройств используют повышенные значения напряжений питания. Для согласования отдельных частей устройства, работающих при разных

(кликните для просмотра скана)

напряжениях питания, могут потребоваться как понижающие, так и повышающие преобразователи напряжений.

На рис. 5.71 показаны понижающие преобразователи напряжения, а на рис. 5.72 — повышающие преобразователи. Параметры большинства этих преобразователей приведены в [35]. Интегральная схема имеет комплементарные выходы. Такие выходы характеризуются задержкой между прямым и инверсным сигналами на порядок меньшей, чем задержка этих сигналов относительно входного сигнала.

Рис. 5.73

Выпускаются также универсальные преобразователи уров- ней напряжений, которые можно использовать как для повышения, так и для понижения уровней напряжения. Такие преобразователи показаны на рис. 5.73. Преобразователь состоит из четырех независимых преобразователей уровня с тремя состояниями выхода (при преобразователь включен, а при выход находится в Z-состоянии). Уровень выходных сигналов преобразователей определяет напряжение питания Соотношения между напряжениями Vcc и Vdd могут быть самыми разными: (для повышающего преобразователя) и (для понижающего преобразователя). Входные цепи защиты от электростатического напряжения соответствуют рис. 5.70,а. Сигнал включает режим преобразования или КМОП КМОП (М = 0).